โอโซนและหมอกควันเคมีแสง

การที่แสงแดด ไนโตรเจนออกไซด์ และไฮโดรคาร์บอนรวมตัวกันก่อให้เกิดโอโซนระดับพื้นดินและมลพิษทุติยภูมิของหมอกควันเคมีแสง

Definition

หมอกควันเคมีแสงคือส่วนผสมของโอโซนและสารออกซิแดนท์อื่นๆ ที่เกิดขึ้นเมื่อแสงแดดขับเคลื่อนปฏิกิริยาระหว่างไนโตรเจนออกไซด์และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายในอากาศที่มีมลพิษ

Scope

ครอบคลุมถึงภาวะสมดุลทางเคมีแสงที่เกี่ยวข้องกับโอโซน ไนตริกออกไซด์ และไนโตรเจนไดออกไซด์ บทบาทของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายในการเปลี่ยนสมดุลนี้ไปสู่การผลิตโอโซนสุทธิ การพึ่งพาแบบไม่เชิงเส้นของโอโซนต่อระดับไนโตรเจนออกไซด์และไฮโดรคาร์บอน และการก่อตัวของมลพิษทุติยภูมิ เช่น เพอรอกซีอะซิติลไนเตรต (peroxyacetyl nitrate)

Core questions

• ทำไมโอโซนจึงสะสมที่ระดับพื้นดินในวันที่แดดจัดในเมืองที่มีมลพิษ?
• สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายและไนโตรเจนออกไซด์ควบคุมโอโซนร่วมกันได้อย่างไร?
• เหตุใดบางครั้งการลดโอโซนจึงทำได้โดยการลดไฮโดรคาร์บอนมากกว่าไนโตรเจนออกไซด์?

Key theories

วัฏจักรการผลิตโอโซนด้วยเคมีแสง

การออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายจะเปลี่ยนไนตริกออกไซด์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์โดยไม่ใช้โอโซน ดังนั้นการสลายตัวด้วยแสงของมันจึงทำให้เกิดการสะสมของโอโซนระดับพื้นดินแบบเร่งปฏิกิริยาสุทธิ

Mechanisms

ในอากาศบริสุทธิ์ โอโซน ไนตริกออกไซด์ และไนโตรเจนไดออกไซด์จะเข้าสู่ภาวะสมดุลทางเคมีแสงโดยไม่มีการผลิตโอโซนสุทธิ เมื่อมีสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายอยู่ อนุมูลเพอรอกซี (peroxy radicals) ที่เกิดจากการออกซิเดชันของสารเหล่านี้จะเปลี่ยนไนตริกออกไซด์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์โดยไม่ทำลายโอโซน การสลายตัวด้วยแสง (photolysis) ของไนโตรเจนไดออกไซด์ที่ตามมาจะสร้างโอโซน ทำให้เกิดการสะสมสุทธิ ผลผลิตขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายต่อไนโตรเจนออกไซด์ในลักษณะที่ไม่เชิงเส้น ทำให้เกิดสภาวะที่จำกัดด้วยไนโตรเจนออกไซด์และสภาวะที่จำกัดด้วยไฮโดรคาร์บอนที่แตกต่างกัน

Clinical relevance

โอโซนระดับพื้นดินเป็นมลพิษทางอากาศที่สำคัญซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพทางเดินหายใจและพืชพรรณ การทำความเข้าใจเคมีที่ไม่เชิงเส้นของโอโซนเป็นแนวทางในการกำหนดกลยุทธ์การควบคุมการปล่อยมลพิษที่มีประสิทธิภาพ

History

อารี ฮาเกน-สมิท (Arie Haagen-Smit) ได้ระบุต้นกำเนิดทางเคมีแสงของหมอกควันในลอสแอนเจลิสในช่วงต้นทศวรรษ 1950 โดยแสดงให้เห็นว่าแสงแดดที่กระทำต่อไอเสียรถยนต์และไฮโดรคาร์บอนก่อให้เกิดโอโซน ซึ่งเป็นการค้นพบที่ก่อให้เกิดการศึกษาเกี่ยวกับมลพิษทางอากาศเคมีแสงในเมือง

Key figures

• Arie Haagen-Smit
• James Pitts

Seminal works

• haagenSmit1952
• finlaysonPitts2000

Frequently asked questions

โอโซนระดับพื้นดินเหมือนกับชั้นโอโซนหรือไม่?

ไม่เหมือนกัน โอโซนในชั้นสตราโตสเฟียร์ช่วยป้องกันสิ่งมีชีวิตจากรังสีอัลตราไวโอเลต ในขณะที่โอโซนระดับพื้นดินเป็นมลพิษที่เป็นอันตรายซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาเคมีแสงใกล้พื้นผิว ทั้งสองถูกควบคุมโดยกระบวนการที่แตกต่างกัน